Приборы и устройства плазменной электроники

Ионные приборы

Ионные или газоразрядные приборы представляют собой класс электровакуумных приборов, которые наполнены каким-либо инертным газом, парами ртути или водородом, и действие которых основано на прохождении электрического тока через образованную в межэлектродном пространстве газоразрядную плазму.

По типу газового разряда, зажигающегося в приборе, по природе электронной эмиссии, по роду газа и его плотности различают ионные приборы несамостоятельного дугового разряда, самостоятельного дугового разряда, тлеющего разряда, искрового разряда. Основными носителями тока являются электроны. Их подвижность значительно больше подвижности ионов, и поэтому они играют решающую роль. Роль же ионов в газовом разряде сводится к компенсации объемного заряда электронов, с помощью которой обеспечиваются высокие токи в ионных приборах.

Простейшим ионным прибором является диод с накаленным или холодным катодом. Стеклянный или керамический баллон заполняется инертным газом или парами ртути. При подаче на электроды напряжения электроны ионизируют газ, образуя газовый разряд. Пространственный заряд электронов компенсируется положительными ионами. Такой ионный диод в отличие от вакуумного имеет малое внутреннее сопротивление и способен пропускать токиI0³—10⁴А. В таких диодах может быть использована плазма дугового тока.

Двухэлектродный неуправляемый ионный прибор получил название газотрон. В нем используется несамостоятельный дуговой или тлеющий разряд.

Тиратрон представляет собой газоразрядный прибор с сеточным управлением моментом зажигания несамостоятельного дугового или тлеющего разряда.

В тиратроне используются как накаливаемые, так и холодные катоды. На рис. 6.1 представлена конструкция тиратрона (а) и характеристика его зажигания (б).

В тиратроне дугового разряда разряд зажигается при определенном соотношении напряжения на аноде U" от напряжения на сетке U_c.

По способу управления анодным током различают тиратроны с отрицательной и положительной характеристиками зажигания.

Тиратроны с отрицательной характеристикой используются в схемах выпрямления или релейных устройствах (рис. 6.1, б). Тиратроны с положительной характеристикой зажигания чаше используются в импульсных схемах.

Тиратроны относятся к приборам силовой электроники и нс являются предметом подробного рассмотрения. Тиратроны выпускаются в стеклянном, металлостеклянном, а также в металлокерамическом исполнении.

К газоразрядным приборам самостоятельного разряда относятся игнитроны, ртутные вентили, экситроны, аркотроны. В этих приборах используется дуговой разряд. Это мощные приборы силовой электроники, которые применяются в электросварочной и коммутационной аппаратуре.

Рис. 6.1. Общий вид тиратрона (а) и его пусковая характеристика (б):

1 — анод; 2 — экран; 3 — сетка; А — катод Тлеющий разряд используется в газоразрядных приборах типа декатронов, стабилитронов. Декатрон представляет собой многоэлектроиный газоразрядный прибор тлеющего разряда, предназначенный для индикации электрических сигналов. Его действие основано на направленном переносе тлеющего разряда с одного электрода на другой с целью формирования индикаторного знака. С появлением полупроводниковых приборов интерес к этому типу ионных приборов значительно снизился.

Искровой разряд представляет собой кратковременный дуговой или тлеющий разряд. Обычно это электрическая искра. Приборы искрового разряда применяются для защиты радиоустройств.

Газоразрядных приборов существует более 50 типов. Одним из них является газоразрядные лазеры (см. часть III).